Анаэробное дыхание. Аэробное и анаэробное дыхание Выбери особенности характерные для аэробного дыхания
1. Понятие «аэробное дыхание», цикл Кребса.
2. Понятие о механизме окислительного фосфорилирования
3. Компоненты дыхательной цепи
4. Синтез молекул АТФ в дыхательной цепи бактерий и дрожжей.
1. Аэробное дыхание, цикл Кребса.
Аэробное дыхание – это основной процесс энергетического метаболизма многих прокариот, при котором донором водорода или электронов являются органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором – молекулярный кислород. Основное количество энергии при аэробном дыхании образуется в электронтранспортной цепи, т. е. в результате мембранного фосфорилирования.
Рассмотрим схему аэробного дыхания (рис. 1).
Рис. 1. Схема аэробного дыхания
Пировиноградная кислота, образующаяся в одном из трех путей катаболизма глюкозы, окисляется с участием коэнзима А до ацетил-КоА. В данном процессе работают ферменты пируватдегидрогеназы:
СН 3 -СО-СООН + КоА-SН + НАД + → СН 3 -СО~КоА + НАД · Н 2 + СО 2
Ацетил-КоА является исходным субстратом цикла Кребса (ЦТК) .
В цикл Кребса включается одна молекула ацетил-КоА, которая в реакции с оксалоацетатом, катализируемой цитратсинтетазой, приводит к образованию лимонной кислоты и свободного коэнзима А. Лимонная кислота с помощью фермента аконитазы превращается в цис -акотиновую и изолимонную кислоты. Изолимонная кислота через щавелевоянтарную кислоту превращается в α-кетоглутаровую кислоту, которая подвергается дальнейшему декарбоксилированию.
В конечном итоге, окисление ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию (рис. 2):
- двух молекул СО2;
Одной молекулы АТФ;
Восьми атомов водорода, из которых шесть атомов связаны в молекулах пиридиннуклеотидов и два атома – в молекулах флавопротеинов.
Таким образом, ЦТК можно рассматривать как выработанный клеткой механизм, имеющий двоякое назначение:
1) Основная функция его заключается в том, что это - совершенный клеточный «котел», в котором осуществляется полное окисление вовлекаемого в него органического субстрата и отщепление водорода.
2) Другая функция цикла – обеспечивает биосинтетические процессы клетки различными предшественниками, такими как оксалоацетат, сукцинат, α-кетоглутарат и др. Отсутствие этих кислот привело бы к нехватке оксалоацетата, который служит акцептором для ацетил-СоА и, тем самым, к
Рис. 2 Цикл Кребса
нарушению цикла. Обычно ЦТК является дальнейшей «надстройкой» над анаэробными энергетическими механизмами клетки.
У некоторых бактерий ЦТК «разорван». Наиболее часто отсутствует этап превращения α-кетоглутаровой кислоты в янтарную. В таком виде ЦТК не может функционировать в системе энергодающих реакций клетки. Основная функция «разорванного» ЦТК – биосинтетическая.
Образовавшиеся на разных этапах окисления органических веществ восстановительные эквиваленты НАД · Н2 и ФАД · Н2 поступают в дыхательную цепь, которая у бактерий находится в цитоплазматической мембране, а у эукариот – в мембране митохондрий. В дыхательной цепи НАД · Н2 и ФАД · Н2 вновь окисляются до НАД и ФАД, а отщепившийся от них водород передается не менее чем через пять переносчиков на заключительный участок цепи, где соединяется с молекулярным кислородом, образуя воду (рис. 1).
7 .3 С ДыханиеШкола:
Дата:
Фамилия и имя учителя: Жакупов АЖ
КЛАСС: 7
Количество присутствующих:
отсутствующих:
Тема урока
Аэробный и анаэробный типы дыхания
Тип урока
Комбинированный урок
Цели обучения, которые помогают достичь данный урок
различать анаэробное и аэробное типы дыхания
Цели урока
способствовать определению и описанию аэробного дыхания, используя уравнение химической реакции процесса дыхания;
сформулировать навыки анализирования, обобщения при сопоставлении анаэробного и аэробного дыхания.
Критерии
оценивания
Ученики могут:
Определять и описывать аэробное дыхание, используя уравнение химической реакции процесса дыхания
Сопоставлять анаэробное и анаэробное дыхания
Языковые цели
Учащиеся могут:
описывать аэробное и анаэробное дыхание в устной и письменной форме
Предметная лексика и
терминология
аэробное, анаэробное («ан» означает без)
(клеточное) дыхание, глюкоза, кислород, углекислый газ, вода, молочная кислота, энергия
Серия полезных фраз для диалога/письма:
глюкоза +кислород → углекислый газ +вода (+энергия)
Привитие ценности
Умение эффективно работать как в команде, так и индивидуально
Межпредметные связи
Химия (уравнения реакции)
Связи с ИКТ
Презентация, использование Интернет-ресурсов
Предыдущее обучение
Дыхание 6 класс
План
Запланированные этапы урока
Запланированная деятельность на уроке
Ресурсы
2 мин.
7 мин
I . Организационный момент.
1) Фронтальный опрос учащихся:
Фотосинтез это
У каких растении бывает фотосинтез
Презентация
15 мин
10 мин
ДЗ
II . Изучение новой темы
Какие Признаки живых организмов вы знаете?
Питание дыхание движение раздражимость размножение
Дыхание у животных
Для чего же мы дышим? Как связаны процесс получения энергии и дыхание? Оказывается, под воздействием кислорода органические вещества распадаются на простые компоненты: углекислый газ, воду, иногда и другие соединения. При распаде органических веществ выделяется энергия, которая и используется живыми организмами. Они дышат, чтобы получить энергию.
Как вы помните, животные получают органику из поедаемой пищи. Растения сами создают белки, жиры, углеводы, используя энер- гию света в ходе фотосинтеза. Из одной части накопленных органиче- ских веществ растения строят собственные тела. А другая часть образо- вавшихся при фотосинтезе веществ расходуется на энергию. Растения, как и животные, дышат, чтобы с помощью кислорода разрушить уже
созданные вещества и получить из них энергию для жизни. К счастью, растения гораздо активнее фотосинтезируют, чем дышат. Ведь расте- ния почти не тратят энергию на движение своих тел и работу нервной системы и постоянно получают ее от Солнца (рис. 66). Поэтому всем животным хватает и кислорода, образующегося в ходе фотосинтеза, и питательных веществ, с избытком созданных растениями.
Выполняю самостоятельно записывая в тетрадь
Типы дыхания.
заполнить таблицу «Сравнение аэробного и анаэробного типа дыхания» .
Рисунки животных
5 мин
Рефлексия «Синквейн»
Назовите тему урока одним словом
Назовите 3 действия, которые можно выполнять с темой.
Выразите в одном предложении свое впечатление о теме урока
Как иначе можно назвать тему?
Дыхание - совокупность реакций биологического окисления органических енерговмисних веществ с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. Дыхание является процессом, при котором атомы водорода (электроны) переносятся от органических веществ на молекулярный кислород. Выделяют два основных типа дыхания: анаэробное и аэробное.
Аэробное дыхание - совокупность процессов, осуществляющих окисление органических веществ и получения энергии с участием кислорода. Расщепление органических веществ является полным и происходит с образованием конечных продуктов окисления Н2О и СО2. Характерно аэробное дыхание для подавляющего большинства организмов и проходит в митохондриях клетки. Аэробные организмы в процессе дыхания могут окиснюваты различные органические соединения: углеводы, жиры, белки и т. В аэробных организмов окисления протекает с использованием кислорода в качестве акцептора (приемника) электрона до углекислого газа и воды. Аэробное дыхание - самый способ образования энергии. В основе - полное расщепление, которое происходит с участием реакций бескислородного и кислородного этапов энергетического обмена. Аэробное дыхание играет основную роль в обеспечении клеток энергией и рощепленни веществ до конечных продуктов окисления - воды и углекислого газа.
Ядро - это крепость, где спрятана главная разгадка самовоспроизведению жизни.
Как правило, различают два основных метода дыхания, которые применяются при физических тренировках. Первая разновидность - это анаэробное дыхание, вторая - аэробное дыхание.
Основной целью дыхательной системы является выработка молекул, которые принято считать накопителями энергии. Как правило, вся энергия хранится внутри этих молекул, а при трате ее происходит постепенное восстановление объема.
Аэробные упражнения дома предполагают использование кислорода в качестве акцептанта. Для этого включаются в процесс легкие человека, с помощью которых кислород усваивается активнее и в большей степени. Состояние внутренних органов оказывает непосредственное воздействие на эффективность данной методики занятий для снижения веса. Регулярная тренировка легких позволяет укреплять и развивать активность, что, несомненно, сказывается на общем здоровье человека.
Анаэробное дыхание представляет собой более быстрый процесс, так как к работе подключена другая группа молекул, для активности которых не требуется кислород. Зачастую используется при силовых тренировках. Но данные занятия очень часто сопровождаются образованием в мышечной ткани молочной кислоты, которая является причиной появления болезненных ощущений. Чтобы этого избежать, необходимо увеличивать нагрузки постепенно, а тренировки проводить регулярно.
Не у всех людей есть время и возможность для посещения спортивных залов или тренажерных салонов. Поэтому аэробика дома является оптимальным вариантом для эффективного уменьшения веса. На занятиях целесообразно практиковать аэробное дыхание, чтобы получить хороший результат за относительно короткий промежуток времени. Во время тренировки происходит быстрое сжигание жировой ткани.
Следует отметить, что аэробное дыхание необходимо начинать на этапе разминки, чтобы подготовить организм для будущей нагрузки. Как правило, процесс сжигания жира начинается уже после первой половины часа занятий. У тех, кто занимается регулярно, жировая основа начинает «таять» уже после первых 10 минут физических упражнений.
Для начала проводите занятия примерно 2-3 раза в неделю. Этого будет вполне достаточно для постепенного привыкания организма и исключения возможной перегрузки. Постепенно увеличьте количество тренировок до 4-5 раз. Конечно же, на частоту занятий оказывает непосредственное влияние образ жизни и рабочий график. Но даже после утомительного трудового дня можно выделить полчаса на проведение элементарных упражнений в .
Перед началом занятий выберите для себя удобную одежду, от которой будет зависеть конечный результат. Конечно же, не должно быть никакой стесняющей движения одежды, давящих элементов (бретельки, тугие резинки, швы) и болтающихся краев. Одежда должно способствовать активности тела человека. Целесообразно подобрать энергичную музыку, под которую выполнять различные упражнения будет веселее и жизнерадостнее. Сочетание элементов аэробики и танцевальных движений делает занятия более яркими и запоминающимися.
Первые сдвиги в борьбе с лишним весом и жировыми отложениями можно заметить уже после первых занятий. Также повышает эффект физических нагрузок дополнительный курс массажа, сбалансированное питание, водные процедуры, нанесение специальных средств для придания коже гладкости и упругости и т.д.
При аэробном дыхании образующаяся в процессе гликолиза ПВК в конечном итоге полностью окисляется кислородом до СО 2 и воды. В первой фазе пировиноградная кислота расщепляется с образованием СO 2 и водорода. Этот процесс протекает в матриксе митохондрий и включает в себя последовательность реакций, называемую циклом Кребса. Во второй фазе отщепившийся водород через ряд окислительно-восстановительных реакций - в так называемой дыхательной цепи - окисляется в конечном счете молекулярным кислородом до воды. Это происходит на так называемых кристах (гребневидных складках внутренней мембраны митохондрий). Начальные этапы аэробного дыхания представлены на рисунке.
Переходный этап между гликолизом и циклом Кребса. Каждая молекула ПВК поступает в матрикс митохондрий и здесь - в виде ацетильной группы (СН 3 СОО-) - соединяется с веществом, которое называется коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент А. Ацетильная группа содержит два атома углерода (2С), поэтому для того чтобы она могла образоваться, ПВК (ЗС) должна утратить атом углерода. Отщепление атома углерода в виде С0 2 называется реакцией декарбоксилирования. Это - окислительное декарбоксилирование, поскольку оно сопровождается окислением путем дегидрирования, в результате чего образуется восстановленный НАД.
Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий. Ацетильные группы (2С) вовлекаются в цикл, присоединяясь к ЩУК, в результате чего образуется лимонная кислота (6С). Далее следует цикл реакций, в которых поступившие в цикл ацетильные группы декарбоксилируются с образованием двух молекул СO 2 и дегидрируются с высвобождением четырех пар атомов водорода, присоединяющихся к переносчикам, в результате чего образуются три молекулы восстановленного НАД и одна молекула восстановленного ФАД. Каждый оборот цикла дает также одну молекулу АТФ. (Напомним, что из одной молекулы глюкозы образуются две ацетильные группы, и значит, для окисления каждой молекулы глюкозы требуются два оборота цикла.) В конце цикла ЩУК регенерирует и может теперь присоединить к себе новую ацетильную группу.
Весь водород из молекулы глюкозы оказывается в конечном счете у переносчиков (НАД и ФАД). Весь углерод теряется в виде С02. Вода нужна в качестве источника кислорода в реакциях декарбоксилирования - именно такое происхождение имеет часть кислорода в СO 2 .
68. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз). Фосфорилирование субстратное
Гликолиз осуществляется во всех живых клетках организмов. В процессе гликолиза происходит преобразование молекулы гексозы до двух молекул ПВК: С6Н1206 -> 2С3Н402 + 2Н2. Этот окислительный процесс может протекать в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода) и идет через ряд этапов. Прежде всего, для того чтобы подвергнуться дыхательному распаду, глюкоза должна быть активирована. Активация глюкозы происходит путем фосфорилирования шестого углеродного атома за счет взаимодействия с АТФ:
глюкоза + АТФ -> глюкозо-6-фосфат + АДФ
Реакция идет в присутствии ионов магния и фермента гексокиназа.
Затем глюкозо-6-фосфат изомеризуется до фруктозо-6-фосфата. Процесс катализируется ферментом фосфоглюкоизомеразой: глюкозо-6-фосфат -> фруктозо-6-фосфат
Далее происходит еще одно фосфорилирование при участии АТФ. Фосфорная кислота присоединяется к первому углеродному атому молекулы фруктозы, процесс катализируется ферментом фосфофруктокиназой: фруктозо-6-фосфат + АТФ -> фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ
Дальнейшие реакции, составляющие процесс гликолиза, складываются следующим образом: фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется с образованием двух триоз – глицеральдегид три фосфат и диоксиацетонтрифосфат, реакция катализируется ферментом альдолазой.
Молекула диоксиацетонтрифосфата при участии фермента триозофосфатизомеразы превращается также в 3-фосфоглицериновый альдегид (ФГА). Дальнейшим превращениям подвергается именно ФГА, окисляясь до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (ДФГК). Это важнейший этап гликолиза. Процесс идет с участием неорганического фосфата (Н3Р04) и фермента глицеральдегид-3-фосфатдегидро-геназы. Сущность процесса заключается в окислении альдегидной группы ФГА в карбоксильную ДФГК.
На следующем этапе в 1,3-дифосфоглицериновой кислоте образуется АТФ. Процесс катализируется ферментом фосфоглицераткиназой.
Затем 3-ФГК превращается в 2-ФГК. Далее происходит дегидратация ФГК. Реакция идет при участии фермента енолазы в присутствии ионов Mg2+ или Мп2+. Образуется фосфоенолпировиноградная кислота (ФЕП). Затем фермент пируваткиназа переносит богатую энергией фосфатную группу на АДФ с образованием АТФ и пировиноградной кислоты. Для протекания реакции необходимо присутствие ионов Mg2+ или Мn2+. Поскольку при распаде одной молекулы глюкозы образуются две молекулы ФГА, то все реакции повторяются дважды.
В результате процесса гликолиза образуются четыре молекулы АТФ, однако две из них покрывают расход на первоначальное активирование субстрата. Следовательно, накапливаются две молекулы АТФ.
Реакция гликолиза носит название субстратного фосфорилирования, поскольку макроэргические связи возникают на молекуле окисляемого субстрата.
